Determinación de la Resistencia a la Tracción de Geotextiles No Tejidos Bajo Carga Concentrada por el Método del Agarre ( Grab Test )

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1 Determinación de la Resistencia a la Tracción de Geotextiles No Tejidos Bajo Carga Concentrada por el Método del Agarre ( Grab Test ) Apas Ana Lighuen (1) Ing. Fensel Enrique (2) LEMaC Centro de Investigación Vial Área: Medio Ambiente y Obras Civiles (1) Becaria-Tesista (2) Director de Becario-Tesista

2 1. Resumen El presente trabajo, consiste en el estudio de distintas fuentes bibliográficas y la descripción del equipamiento necesario para llevar a cabo el ensayo. Se presentan también las determinaciones sobre los distintos tipos de Geotextiles para caracterizar los materiales que integran los trabajos propuestos dentro del PID Soluciones Tecnológicas Asociadas al uso de Geosintéticos en la Obra Vial, el que se encuentra dentro del Programa de Incentivos bajo la identificación: 25/ I 033. Por otra parte también se detallan las comparaciones de los resultados obtenidos en el laboratorio con los que proporcionan las empresas proveedoras del material ensayado en sus cartillas técnicas 2. Introducción Este ensayo permite determinar la resistencia a la tracción y el alargamiento de geotextiles no tejidos usando el método del agarre bajo carga concentrada. Dicho método de ensayo es de aplicación cuando se desea determinar la resistencia de un material geotextil en un ancho específico, junto con la resistencia adicional aportada por el material adyacente y consiste en aplicar una carga concentrada, creciente y continua, a lo largo de una probeta hasta lograr su rotura y de esta forma obtener los valores de la carga de rotura y el alargamiento a partir de las escalas de la máquina de tracción. La mayoría de los geotextiles no tejidos se pueden ensayar por este método. En algunos casos puede ser necesaria una adaptación especial del equipo para evitar que se deslicen las probetas de las mordazas o que sean dañadas como resultado de ser retenidas en éstas, lo que se realiza suplementando las mordazas con elementos antideslizantes. Este ensayo es la mayor simulación de las solicitaciones cuando sobre un geotextil presiona un elemento punzante (piedra) en forma descendente, o se ejerce un esfuerzo lateral sobre el elemento (aun presionado). Una solicitación como la descripta se presenta en operación cuando: un vehículo frena, acelera o dobla sobre la superficie del camino (las tensiones se transmiten paralelamente a la superficie); y cuando se compacta el agregado en una trinchera de drenaje (se presiona la piedra contra los laterales y se vibra en forma descendente). Esta propiedad será de importancia crítica en todas las aplicaciones en que, durante la etapa de construcción, transite equipo pesado sobre agregado de grueso calibre. 3. Casos de Obras en donde es Importante la Valoración del Ensayo Una de las tantas aplicaciones de los geotextiles en las obras civiles es en terraplenes y trincheras drenantes donde es por demás importante valorar la resistencia a la tracción y el alargamiento aparente del geotextil a utilizar.

3 3.1. Terraplén Los taludes pueden ser naturales, cuando se producen sin la intervención del hombre, como es el caso de las laderas, o artificiales cuando son hechos por este mediante cortes o terraplenes. Uno de los principales inconvenientes que debe afrontar la ingeniería al trabajar con taludes es su estabilidad, pues normalmente están expuestos a la erosión y los derrumbes. El geotextil a utilizar en un terraplén debe tener una alta resistencia a la tracción debido a que trabaja en dirección contraria a los empujes de la tierra; de esta manera absorbe los esfuerzos de empuje y evita el vuelco del talud o la ladera, para ello se coloca el geotextil en forma paralela al suelo, en la misma ladera. La elección de un tipo determinado de geotextil para refuerzo de terraplenes y muros de contención depende, en gran medida, de la resistencia a la tracción que se requiera y es por lo dicho que para terraplenes de poca pendiente, baja altura y con sobrecargas pequeñas se recomienda el uso de geotextiles no tejidos y cuando las pendientes sean mayores y se requiera mayor resistencia a la tracción se recomienda el empleo de geomallas. En la Figura Nº1 se muestra una foto de un terraplén con geotextil Trinchera drenante Foto Nº 1: Terraplén con el uso de geotextil Las trincheras drenantes son zanjas excavadas en el suelo, revestidas con un material geotextil, que encapsula completamente material granular de relleno, y que contiene en la parte inferior un caño cribado en su mitad superior, revestido con un geotextil. La función de esta tubería es captar el agua del suelo saturado, recolectarla y luego conducirla a través de la tubería perforada hacia los drenajes principales. (Ver figuras Nº2 y Nº3). La función que cumple el geotextil es proveer una adecuada filtración y separación entre el dren mismo y el suelo que lo rodea logrando de esta manera que el agua que entra a la trinchera de drenaje se encuentre libre de partículas finas de suelo, y con ello, prevenir la contaminación de la grava con materiales finos del suelo, y evitar la erosión constante del suelo circundante. Además el geotextil colocado reemplaza a las capas de filtros naturales que normalmente se colocarían para cumplir dicha función.

4 En estas obras es de gran importancia conocer cual es la resistencia a carga concentrada (determinada con el Grab Test) del geotextil, ya que al estar en contacto con el agregado, el mismo puede ejercer algún esfuerzo punzante lateral sobre el manto y dañarlo, por lo que se debe asegurar que el geotextil sea capaz de resistir dicho esfuerzo. El tipo de geotextil no tejido a utilizar dependerá del tamaño de las partículas finas del suelo que se desean contener, así como de la cantidad de agua que deba pasar a través de él. Generalmente se utilizan geotextiles no tejidos bastante delgados para esta aplicación. A continuación se muestra en la Foto Nº2 una trinchera drenante y en la Figura Nº1 un esquema de la misma. Foto Nº 2: Trinchera drenante Figura Nº 1: Trinchera drenante 4. Realización del ensayo En el plano internacional existen distintas Normas para realizar este ensayo, por ejemplo la Norma ASTM D 4632, en nuestro país existe la Norma IRAM 78018, por la cual se han realizado los ensayos que se describen mas adelante en la presente tesis. Para realizar el ensayo se necesita una máquina de ensayo de tracción, del tipo de velocidad de extensión constante (CRE) o velocidad constante de la traversa (CRT), con registrador gráfico que cumpla con los requisitos de la ISO La máquina de tracción con la que cuenta el LEMaC es una máquina de tracción universal (EMIC). Las mordazas con las que cuenta la máquina empleada deben tener todas las superficies de agarre paralelas, planas, y evitar el deslizamiento de la probeta durante el ensayo. Una de las caras de la mordaza, debe ser de 25,4 mm por 50,8 mm, con su lado mayor paralelo a la dirección de aplicación de la carga. La otra cara debe ser, como mínimo, igual a su compañera. En cuanto a las probetas, las mismas deben ser rectangulares de 101,0 mm por 203,0 mm y se deben ensayar diez probetas en la dirección de fabricación y otras diez en sentido perpendicular al de fabricación para lograr un nivel de probabilidad

5 del 95 % de que el resultado del ensayo no sea mayor que el 5% respecto del promedio verdadero. La Norma IRAM indica que el ensayo se puede realizar con las probetas tanto en estado húmedo como en estado seco. El presente trabajo se desarrolla a partir de las determinaciones logradas sobre las probetas en estado seco. 5. Procedimiento Primero se debe fijar la distancia entre las mordazas en el comienzo del ensayo a 75 mm ± 1 mm y se selecciona el intervalo de cargas de la máquina de ensayo tal que la carga máxima ocurra entre el 10% y el 90% de la escala de carga completa. La máquina debe operar a una velocidad de 300mm/min. ± 10 mm/min por lo que habrá que configurarla para lograr la tracción a dicha velocidad. Luego se coloca la probeta en las mordazas de forma tal que el lado más largo resulte el traccionado y en forma centrada, para lo cual se hace coincidir la línea vertical dibujada a los 50,5mm del borde de la probeta con el centro de la mordaza, logrando de esta manera el centrado longitudinal y para lograr el centrado transversal se deben hacer coincidir las líneas horizontales marcadas a los 64mm del borde con el lateral de las mordazas, manteniendo de esta forma los 75mm necesarios entre mordaza y mordaza. Ver fig.nº2 y foto Nº que muestran la probeta con sus líneas de centrado. 101mm Probeta 203mm 75mm Mordaza Superior Líneas de Centrado Mordaza Inferior F FiguraNº 1: Probeta con líneas Foto Nº3 Probeta con lineas de centrado de centrado Colocada la probeta en las mordazas (Foto Nº4) se pone en funcionamiento la máquina de ensayo (Foto Nº5 y Nº6) y se efectúa el ensayo hasta la rotura (Foto. Nº7 y Nº18 y se detiene la máquina y se registran e informan los resultados para cada dirección separadamente, estos resultados son: La carga de rotura promedio para probetas cortadas en cada dirección, para todas las probetas que dan roturas aceptables, expresada en kilonewton. El alargamiento aparente promedio, de probetas cortadas en cada dirección, para todas las probetas que dan roturas aceptables, en por ciento. Se identifica esto como alargamiento de rotura aparente, o alargamiento aparente a una carga de x kn, como lo requieren las especificaciones del ensayo.

6 Figura Nº6 Figura Nº7 Probeta colocada en la máquina. Probeta durante el ensayo. Figura Nº8 Figura Nº9 Probeta durante el ensayo. Probeta una vez culminado el ensayo.

7 Figura Nº10 Probeta luego del ensayo. Debe aclararse que si una probeta se desliza entre las mordazas, se rompe en el borde o por cualquier razón atribuida a una operación defectuosa, el resultado que se obtiene queda muy por debajo del promedio del conjunto de probetas, se lo descarta y se toma otra hasta que se obtenga el número requerido de roturas aceptables (diez en cada dirección de ensayo). También se descartan aquellos valores obtenidos de probetas cuya rotura ocurra en la mordaza, es decir cualquier rotura que ocurra dentro de los 5mm de las mordazas y que a su vez de un valor por debajo del 80% del promedio de los otros valores. Por otra parte si las roturas son provocadas por un daño a las probetas producido por las mordazas, se descartan los resultados obtenidos de dicha probeta. Sin embargo si la rotura se debe a zonas débiles del material distribuido al azar en las probetas, los resultados se consideran perfectamente legítimos. En algunos casos, las roturas pueden provocarse por una concentración de tensiones en el área adyacente a las mordazas, en tal caso es inevitable una rotura en el borde de la mordaza y se acepta tal como una característica del geotextil cuando se lo ensaya mediante este método. A continuación, y a modo de ejemplo en la figura Nº2, se muestra el informe de uno de los tres productos de las tres empresas ensayadas, que entrega la máquina de tracción una vez concluido el ensayo. En este caso se muestran el informe del geotextil de 120gr de la empresa 1 ensayado en sentido de fabricación.

8 Figura Nº 2: Informe que entrega la máquina de tracción una vez culminado el ensayo.

9 A continuación en las tablas 1, 2 y 3 se presentan los resultados promedios obtenidos en los ensayos realizados en el laboratorio para cada uno de los productos. Para arribar a estos valores se procedió a realizar ensayos sobre un lote de muestras, tomando especímenes de distintos sectores de la muestra original. EMPRESA Nº1 Carga de rotura (kn) Alargamiento Aparente (%) Paralelo Normal Paralelo Normal 120gr 0,3732 0, ,17 95,25 150gr 0,5245 0, ,20 79,43 300gr 0,6306 0, ,55 85,79 Tabla Nº 1: Resultados obtenidos en laboratorio para los productos de la empresa Nº1. EMPRESA Nº2 Carga de rotura (kn) Alargamiento Aparente (%) Paralelo Normal Paralelo Normal 120gr 0,4891 0, ,74 65,41 150gr 0,4686 0, ,39 0, gr 1,084 1,081 77,61 87,08 Tabla Nº 2: Resultados obtenidos en laboratorio para los productos de la empresa Nº2. EMPRESA Nº3 Carga de rotura (kn) Alargamiento Aparente (%) Paralelo Normal Paralelo Normal 140gr 0,5456 0, ,09 87,48 150gr 0,5838 0, ,32 50,56 Tabla Nº 3: Resultados obtenidos en laboratorio para los productos de la empresa Nº3. Analizando los resultados se realizó la búsqueda de las cartillas técnicas de las principales empresas comercializadoras para comparar los resultados obtenidos con los que las empresas declaran de sus productos. Los mismos se muestran en las tablas 4, 5 y 6. EMPRESA Nº1 Carga de rotura (kn) Alargamiento Aparente (%) Paralelo Normal Paralelo Normal 120gr 0,425 0,375 >60 >70 150gr 0,520 0,450 >60 >70 300gr 0,750 0,660 >60 >70 Tabla Nº 4: Valores en cartilla técnica de la empresa Nº1

10 EMPRESA Nº2 Carga de rotura (kn) Alargamiento Aparente (%) Paralelo Normal Paralelo Normal 120gr 0,425 0,375 >60 >70 150gr 0,520 0,450 >60 >70 300gr 1,150 0,980 >60 >70 Tabla Nº 5: Valores en cartilla técnica de la empresa Nº2 EMPRESA Nº3 Carga de rotura (kn) Alargamiento Aparente (%) Paralelo Normal Paralelo Normal 140gr 0,510 0,510 >50 >50 150gr 0,580 0,580 >50 >50 Tabla Nº 6: Valores en cartilla técnica de la empresa Nº3 Con los valores obtenidos en las determinaciones realizadas en laboratorio y los valores que se presentan en las cartillas técnicas se evaluaron las diferencias entre ambos, correspondientes a cada uno de los productos ensayados, y se realizaron los gráficos 1, 2 y 3. Empresa Nº1 Carga de rotura (kn) 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, gr 150gr 300gr 120gr 150gr 300gr Valores en laboratorio Cartilla de la empresa Tracción en la Tracción normal a la dirección de fabricación dirección de fabricación Gráfico Nº1 Comparación entre los valores obtenidos en laboratorio y los dados por la empresa Nº1.

11 Carga de rotura (kn) 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Empresa Nº2 120gr 150gr 300gr 120gr 150gr 300gr Valores en laboratorio Cartilla de la empresa Tracción en la dirección de fabricación Tracción normal a la dirección de fabricación Gráfico Nº2 Comparación entre los valores obtenidos en laboratorio y los dados por la empresa Nº2. Empresa Nº3 Carga de rotura (kn) 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, gr 150gr 140gr 150gr Valores en laboratorio Cartilla de la empresa Tracción en la dirección de fabricación Tracción normal a la dirección de fabricación Gráfico Nº3 Comparación entre los valores obtenidos en laboratorio y los dados por la empresa Nº13. Por último se muestra un gráfico para cada empresa (gráficos 4,5 y 6) que señala las diferencias porcentuales entre los valores obtenidos en laboratorio y los valores que indican las cartillas técnicas de las empresas para cada uno de sus productos. EMPRESA Nº1 P orcentaje de variación gr 150gr 300gr 120gr 150gr 300gr Tracción en la dirección de fabricación Tracción normal a la dirección de fabricación Cartilla de la empres a Valores en laboratorio

12 Gráfico Nº4 Diferencia porcentual entre los valores obtenidos en laboratorio y los dados por la empresa Nº1. EMPRESA Nº2 P orc entaje de variación gr 150gr 300gr 120gr 150gr 300gr Cartilla de la empres a Valores en laboratorio Tracción en la dirección de fabricación Tracción normal a la dirección de fabricación Gráfico Nº5 Diferencia porcentual entre los valores obtenidos en laboratorio y los dados por la empresa Nº2. EMPRESA Nº3 P orcentaje de variación gr gr Cartilla de la empresa Valores en laboratorio 6. Conclusiones Tracción en la dirección de fabricación Tracción normal a la dirección de fabricación Gráfico Nº6 Diferencia porcentual entre los valores obtenidos en laboratorio y los dados por la empresa Nº3. Como primer observación se puede mencionar que en aquellos geotextiles de más gramaje se obtiene una resistencia a la tracción y alargamiento aparente mayor que en aquellos de menor gramaje. Si bien los valores que se obtuvieron en los ensayos realizados difieren a los especificados en las cartillas técnicas, los mismos están dentro del rango de aceptación. La resistencia a la tracción y el alargamiento en productos de la misma empresa y del mismo gramaje pueden variar, en muy pequeño rango, debido a la orientación, largo y densidad de fibras de muestra tomada del rollo comercial. Esto puede deberse a que el sistema de producción en este tipo de productos se realiza incorporando las fibras en forma aleatoria. También por lo mencionado es la variación de la resistencia a la tracción y el alargamiento según la dirección en la

13 que se efectúe la tracción, es decir, traccionando paralela o perpendicular mente al sentido de fabricación del rollo. 6. Bibliografía (1) Norma IRAM Determinación de la resistencia a la tracción de geotextiles no tejidos bajo carga concentrada por el método del agarre ( Grab Test ) (2) Avances en la caracterización y normalización del uso de Geosintéticos en pavimentos flexibles Autores: Botasso, H.G., Fensel, E.A. (3) Caracterización de geosintéticos para uso vial, autores: E. Fensel, G. Botasso, L Ricci. (4) Empleo de geosintéticos en la estabilidad de taludes ( (5) Aplicación de Geotextiles en taludes (sitio web: (6) Características del geotextil de la empresa Sika (Ejemplo de utilización de Geotextil Sika en drenajes subterráneos, sitio web: (7) Aplicaciones de Geosintéticos en trincheras drenantes (sitio web: